技术领域
[0001] 本
发明属于雷达测速仪检测领域，特别是一种多目标雷达测速仪现场模拟检测方法及检测装置。
背景技术
[0002] 为减少超速行驶引发的交通事故，交通管理部
门普遍使用雷达测速仪对机动车车速进行监测。传统的机动车雷达测速仪一般捕捉单个目标的速度，
角度效应通过对安装角度的修正进行消除。近年来，国内外部分企业开始将多目标雷达测速仪投向市场，这种测速仪除可同时捕捉多个目标的速度外，还可以测量目标与雷达测速仪间的相对距离和相对角度，用以区分不同的目标。
[0003] 目前国内外的检测方法一般以国际法制计量组织(OIML)的国际建议R91为
基础，通过给出一组理想的标准速度多普勒
信号，对机动车雷达测速仪的速度准确度及测量范围进行检测。该方法是2002年提出的，由于当时的市场上还没有多目标雷达测速仪，所以方法只考虑了单目标以及速度参数的测量，不能对多个目标及其相应的速度、距离、角度参数进行综合测量。中国
专利ZL 2015 1 0055898.7公开了一种机动车雷达测速仪现场检测装置，以实现单目标的检测，且该装置采用类似天线方向图的方法，通过
微波功率计和闭环控制
云台的协同工作，使
模拟器天线对准被检雷达测速仪，该装置通过寻找功率最大点来确定被检测速仪
位置，由于每次检测的功率最大点是未知的，需要在扫描过程中发现测量值超过峰值后回到峰值位置，因而存在对准速度较慢的问题。此外，由于被检测速仪的发射功率在一定的
波动，周边环境的背景噪声也有可能对检测产生影响，故而存在对准
精度偏低的问题。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种多目标雷达测速仪现场模拟检测方法及检测装置，以实现多目标雷达测速仪现场的同时模拟。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为：
[0006] 一种多目标雷达测速仪现场模拟检测装置，包括多套模拟检测单元，与工控机、微波
频率计一起构成模拟检测阵列；所述模拟检测单元包括设置在云台上的角度自动
跟踪系统、测距仪、多普勒信号目标模拟装置和显示屏；所述角度自动跟踪系统用以确定被检测速仪的方位角及
俯仰角；所述测距仪用以确定被检测速仪与多普勒信号目标模拟装置间的距离；所述微波频率计测量被检雷达测速仪的微波发射频率；所述多普勒目标模拟装置接收被检测速仪的微波信号，调制被检测速仪微波信号与相应速度多普勒信号后将信号反馈至被检测速仪；被检测速仪检测出多普勒频率，显示为相应的速度值；显示屏显示多普勒目标模拟装置所模拟的速度值、云台反馈的方位角和俯仰角，以及测距仪测得的距离；所述工控机同时连接多套角度自动跟踪系统、测距仪、多普勒目标模拟装置、显示屏，并连接微波频率计，进行被检测速仪微波发射频率、方位角、俯仰角、距离数据的测量、接收和处理，控制各功能单元的运行，协调检测装置同时在两个以上位置运行、模拟多个目标，并自动完成整个检测过程。
[0007] 一种多目标雷达测速仪现场模拟检测方法，将多套模拟检测单元分别摆放在被检车道中，并可通过闭环控制云台转动，角度自动跟踪系统测量其与被检测速仪的夹角，通过云台调整夹角趋于0；微波频率计测量被检雷达测速仪的微波发射频率f0，获取各模拟检测单元相对于被检测测速仪的方位角、俯仰角，并通过测距仪测量模拟检测单元与被检雷达测速仪的距离；计算不同位置的模拟检测单元在不同模拟速度v所对应的多普勒频率fd；多普勒频率经多普勒目标模拟装置调制后完成f0±fd的调制过程，并加载在测试通道上，由微带天线将调制后的微波调制信号发射回被检车雷达测速仪，被检雷达测速仪接收到调制后的微波调制信号，检测出多普勒频率fd，并显示为相应的速度值。
[0009] (1)本发明的多目标雷达测速仪现场模拟检测装置，采用单脉冲测角，只要角度信号降为0，即可确定天线已经对准目标，效率有所提高；由于使用了差和波束的比值运算，被检测速仪信号的幅度不会对测角结果的准确性产生干扰。
[0010] (2)本发明的多目标雷达测速仪现场模拟检测装置，通过多套角度自动跟踪系统、测距仪、多普勒信号目标模拟装置的使用，使其与工控机、微波频率计一起构成模拟检测阵列，可以同时模拟多台车辆在测速仪
检测区域内的速度、距离、方位角、俯仰角等信息，解决了传统方法仅针对单个目标的局限性。
[0011] (3)本发明的多目标雷达测速仪现场模拟检测装置，通过显示屏显示各个模拟目标的行驶参数，通过测速仪的配套摄像机即可实时获得相关检测参数，解决了装置与被检仪器间进行数据通报的效率
瓶颈，为多目标雷达测速仪提供了一个科学、安全、高效的现场模拟检测方案。
[0012] (4)本发明的多目标雷达测速仪现场模拟检测方法，能够实现同时模拟多台车辆在测速仪检测区域内的速度、距离、方位角、俯仰角等信息。
[0013] 下面结合
附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
[0014] 图1为本发明的多目标雷达测速仪现场模拟检测装置构成示意图。
[0015] 图2为本发明的多目标雷达测速仪现场模拟检测方法布置图。
具体实施方式
[0016] 为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体
实施例对本发明做进一步的介绍。
[0017] 本发明的一种多目标雷达测速仪现场模拟检测装置，包括设置多套模拟检测单元，与工控机、微波频率计一起构成模拟检测阵列。所述模拟检测单元包括设置在云台上的角度自动跟踪系统、测距仪、多普勒信号目标模拟装置和显示屏。所述角度自动跟踪系统用以确定被检测速仪的方位角及俯仰角，并反馈给工控机；
[0018] 所述测距仪用以确定被检测速仪与多普勒信号目标模拟装置间的距离，与角度信息一起确定被检测速仪相对多普勒目标模拟装置的位置。所述微波频率计测量被检雷达测速仪的微波发射频率。通过各台多普勒信号目标模拟装置同时发射
模拟信号至被检测速仪，完成不同位置、多个目标的实时模拟。多普勒目标模拟装置接收被检测速仪的微波信号，调制被检测速仪微波信号与相应速度多普勒信号后将信号反馈至被检测速仪。被检测速仪检测出多普勒频率，显示为相应的速度值。显示屏显示多普勒目标模拟装置所模拟的速度值、云台反馈的方位角和俯仰角，以及测距仪测得的距离。工控机同时连接多套角度自动跟踪系统、测距仪、多普勒目标模拟装置、显示屏，并连接微波频率计，进行被检测速仪微波发射频率、方位角、俯仰角、距离数据的测量、接收和处理，控制各功能单元的运行，协调检测装置同时在两个以上位置运行、模拟多个目标，并自动完成整个检测过程。
[0019] 进一步的，所述角度自动跟踪系统包括单脉冲测角系统和闭环控制云台；所述单脉冲测角系统利用和差波束检测其天
线轴向与被检测速仪间的偏移角度，工控机通过角度信息控制云台转动，使单脉冲测角系统所得信号趋向0，从而使模拟检测装置的天线对准被检测速仪(天线轴向与被检测速仪间的偏移角度为0)，此时云台读出的角度信息即为装置天线轴向与车辆行驶方向的夹角；云台反馈此时的夹角(方位角及俯仰角)给工控机。
[0020] 优选的，所述测距仪采用激光测距仪。
[0021] 进一步的，所述显示屏为LED数码管显示屏，可在高照度条件下向被检测速仪的摄像机提供清晰数据。被检测速仪的摄像机抓取显示屏显示的实际模拟数据(速度、角度、距离信息)，与被检测速仪自身测试的数据进度对比，以检测被检测速仪的测试精度。
[0022] 进一步的，所述单脉冲测角系统包括和差器和4个相同的接收天线；所述接收天线通常使用阵列天线，它们处于相同的
相位中心，但具有波束偏角，用以接收被检测速仪的微波信号，形成互相交叠的天线方向图；所述和差器将4个阵列天线接收的和差波束转化为与偏移夹角角度呈线性关系的
电压信号；并将该电压信号反馈给工控机，通过工控机控制云台转动，使该电压信号趋向0，从而将单脉冲测角系统对准被检测速仪。此时，角度自动跟踪系统的天线、多普勒目标模拟装置的天线、测距仪都已对准被检测速仪。一个平面内的差波束方向图通过取相邻两天线的和，再从另外两个相邻天线的和中减去前述和信号获得，如图1所示。方位差信号为(A+B)－(C+D)，俯仰差信号为(B+D)－(A+C)。其中A为第一接收天线接收的微波信号，B为第二接收天线接收的微波信号，C为接收天线接收的微波信号，D为第四接收天线接收的微波信号。
[0023] 进一步的，所述和差器包括四个混合接头、本地
振荡器、三个
混频器、三个中频
放大器、两个个相位
检波器、幅度检波器、自动增益控制；所述混合接头是一个两端口输入、两端口输出的四端口微波器件，通常由
波导构成，当来自两个偏置波束的信号进入混合接头的两个输入端后，和、差信号即在两个输出端产生；所述第一接收天线和第二接收天线的信号分别接入第一混合接头的两个输入端口，所述第三接收天线和第四接收天线的信号分别接入第二混合接头的两个输入端口；所述第一混合接头和第二混合接头的一个输出端口分别接入第三混合接头的两个输入端口，两个混合接头的另一个输出端口分别接入第四混合接头的两个输入端口；所述第三混合接头的一路输出端口作为方位角差通道接入第一混频器，第一混频器接入第一中频放大器，第一中频放大器接入第一相位检波器；所述第三混合接头的另一个输出端口作为和通道接入第二混频器，第二混频器接入第二中频放大器，第二中频放大器接入幅度检波器，另外两路分别接入第一相位检波器和第二相位检波器；幅度检波器接入自动增益
控制器，自动增益控制器分别与三个中频放大器、两个相位检波器相连；所述第三混合接头一个输出端口作为俯仰角差通道接入第三混频器、第三混频器接入第三中频放大器，第三中频放大器接入第二相位检波器；所述本地振荡器分别与三个混频器相连；第一相位检波器和第二检波器分别输出方位角信号和俯仰角信号，用以控制云台的转动。
[0024] 所述本地振荡器、混频器，将和、差端口的
输出信号差拍成中频信号，此处三个通道共享一个本地振荡器，以保证和、差通道具有相同的幅度、相位特性；中频放大器对中频信号进行放大；相位检波器是用于比较同频信号的非线性器件，和、差通道的输出信号送入相位检波器的输入端后，输出端输出角误差信号，该信号的幅度正比于目标与接收天线瞄准方向间的夹角；自动增益控制器控制三个通道的增益，以维持
闭环系统的稳定。
[0025] 作为一种实施方式，所述4个阵列天线采用在相同的相位中心但是具有波束偏角的方式布置，即振幅单脉冲方式布置。
[0026] 对于振幅单脉冲测角，阵列天线主瓣的指向分别与天线瞄准方向有固定的角度偏角。如图1所示，以4个天线中的第一接收天线、第二接收天线为例，两个阵列天线具有相同的相位中心，两个天线主瓣的指向分别与天线瞄准方向θ0有固定的角度偏角，记为Δ。记两个天线所接收到的目标回波之和为和波束ζ，之差为差波束δ。当被检测速仪方向和天线瞄准方向一致时，此时两个天线收到的被检测速仪回波相同，即差波束δ的值为0，和波束的值ζ最大。若被检测速仪与天线瞄准方向有一小角度夹角，记该夹角为ε，对差和波束之比进行泰勒展开，可得
[0027]
[0028] 其中Δ为天线主瓣的指向分别与天线瞄准方向θ0的偏角，ζ为天线所接收到的目标回波之和为和波束，δ为差波束；ε为被检测速仪与天线瞄准方向夹角。f(Δ-ε)、f(Δ+ε)分别为上述天线的方向性函数，当ε较小时，对二者的差、和之比进行泰勒展开，忽略高次项，可得 固定的单脉冲测角天线对应固定的角度偏角Δ，则 是一个固定的值，由天线的结构决定。所以，当ε较小时，被检测速仪与天线瞄准方向夹角与差和波束之比呈线性关系，因此，通过测量差和波束的比值 即可获得天线瞄准方向与被检测速仪间在某一平面的偏离情况。由于使用了差和波束的比值运算，被检测速仪信号的幅度不会对测角结果的准确性产生干扰。
[0029] 对于如图1所示布置的4天线系统，该系统具有四个部分重叠的偏置波束。其中一个平面内的差波束方向图通过取相邻两天线的和信号，再从另外两个相邻天线的和中减去前述和信号获得。
正交平面上的差方向图可类似获得。方位差信号为(A+B)－(C+D)，俯仰差信号为(B+D)－(A+C)。
[0030] 利用和差波束测得天线瞄准方向与被检测速仪间间的偏离情况后，角度自动跟踪系统的闭环控制云台将驱动多普勒目标模拟装置等功能单元转动，使该偏离信号趋于0，从而对准被检测速仪。
[0031] 进一步的，所述工控机获得微波频率计所测雷达微波频率后，结合角度信息获取不同位置的多普勒目标模拟装置在不同模拟速度下所对应的多普勒频率，发送给多普勒目标模拟装置。所述工控机计算不同位置的多普勒目标模拟装置在不同模拟速度v所对应的多普勒频率fd，过程如下：
[0032]
[0033] 其中，fd——多普勒频率，Hz；
[0034] c——
电磁波的传播速度0.299792458(Gm/s)；
[0035] K——单位换算因子，K＝10-3/3.6；
[0036] ——被检测速仪相对于检测装置的方位角；
[0037] θ——被检测速仪相对于检测装置的俯仰角；
[0038] f0——微波频率计测得的被检测速仪微波发射频率，MHz；
[0039] v——速度设定值，km/h。
[0040] 进一步的，所述多普勒信号目标模拟装置包括微带天线、选通
调制器和信源适配器，所述微带天线连接选通调制器，用以接收被检测速仪微波信号至选通调制器，信源适配器连接选通调制器，信源适配器
叠加多普勒信号至选通调制器调制后，经微带天线发射调制微波信号至被检测速仪。多普勒频率经多普勒目标模拟装置调制后完成f0±fd的调制过程，并加载在测试通道上。由微带天线将调制后的微波调制信号发射回被检车雷达测速仪，被检雷达测速仪接收到调制后的微波调制信号，通过下变频等工作，检测出多普勒频率fd，并显示为相应的速度值。多个功能单元的协同工作，可以同时进行多个运动目标的模拟，完成多目标雷达测速仪的模拟检测工作。
[0041] 本发明的一种多目标雷达测速仪现场模拟检测方法，将多套模拟检测单元分别摆放在被检车道中，并可通过闭环控制云台转动，角度自动跟踪系统测量其与被检测速仪的夹角，通过云台调整夹角趋于0。工控机控制微波频率计测量被检雷达测速仪的微波发射频率f0，获取各模拟检测单元相对于被检测测速仪的方位角、俯仰角，并通过测距仪测量模拟检测单元与被检雷达测速仪的距离；计算不同位置的模拟检测单元在不同模拟速度v所对应的多普勒频率fd；多普勒频率经多普勒目标模拟装置调制后完成f0±fd的调制过程，并加载在测试通道上，由微带天线将调制后的微波调制信号发射回被检车雷达测速仪，被检雷达测速仪接收到调制后的微波调制信号，检测出多普勒频率fd，并显示为相应的速度值。具体包括以下步骤：
[0042] 步骤1、确定被检测速仪的方位角、俯仰角：
[0043] 利用单脉冲测角系统确定被检测速仪的方位角、俯仰角。
[0044] 所述单脉冲测角系统包括和差器和4个阵列天线；所述阵列天线用以接收被检测速仪的回波；所述和差器将多个阵列天线接收的和差波束转化为与偏置角度成正比的电压信号；
[0045] 作为一种实施方式，所述4个阵列天线采用在相同的相位中心但是具有波束偏角的方式布置，即振幅单脉冲方式布置。
[0046] 对于振幅单脉冲测角，阵列天线主瓣的指向分别与天线瞄准方向有固定的角度偏角。如图1所示，以4个天线中的第一接收天线、第二接收天线为例，两个阵列天线具有相同的相位中心，两个天线主瓣的指向分别与天线瞄准方向θ0有固定的角度偏角，记为Δ。记两个天线所接收到的目标回波之和为ζ，之差为差波束δ。当被检测速仪方向和天线瞄准方向一致时，此时两个接收天线收到的被检测速仪回波相同，即差波束δ的值为0，和波束的值ζ最大。若被检测速仪与天线瞄准方向有一小角度夹角，记该夹角为ε，对差和波束之比进行泰勒展开，可得
[0047]
[0048] 固定的单脉冲测角天线对应固定的角度偏角Δ，则 是一个固定的值。即被检测速仪与天线瞄准方向夹角与差和波束之比呈线性关系。因此，通过测量差和波束的比值 即可获得天线瞄准方向与被检测速仪间在某一平面的偏离情况。由于使用了差和波束的比值运算，被检测速仪信号的幅度不会对测角结果的准确性产生干扰。
[0049] 对于如图1所示布置的4个天线系统，该系统具有四个部分重叠的偏置波束。其中一个平面内的差波束方向图通过取相邻两天线的和，再从另外两个相邻天线的和中减去前述和信号获得。正交平面上的差方向图可类似获得。方位差信号为(A+B)－(C+D)，俯仰差信号为(B+D)－(A+C)。其中A为第一接收天线接收的微波信号，B为第二接收天线接收的微波信号，C为接收天线接收的微波信号，D为第四接收天线接收的微波信号。
[0050] 利用和差波束测得天线瞄准方向与被检测速仪间的偏离情况后，角度自动跟踪系统的闭环控制云台将驱动多普勒目标模拟装置等功能单元转动，使该偏离信号趋于0，从而对准被检测速仪。同时反馈云台转动角度，从而获得被检测速仪相对于检测装置的方位角、俯仰角。
[0051] 步骤2、确定被检测速仪相对每个多普勒目标模拟装置的相应位置：
[0052] 利用测距仪测得检测速仪的与每个多普勒信号目标模拟装置的距离，以确定被检测速仪相对每个多普勒目标模拟装置的位置。
[0053] 步骤3、获取被检雷达测速仪的微波发射频率：
[0054] 利用微波频率计测量被检雷达测速仪的微波发射频率。
[0055] 步骤4、计算不同位置的不同模拟速度对应的多普勒频率fd：
[0056]
[0057] 其中，fd——多普勒频率，Hz；
[0058] c——电磁波的传播速度0.299792458(Gm/s)；
[0059] K——单位换算因子，K＝10-3/3.6；
[0060] ——被检测速仪相对于检测装置的方位角；
[0061] θ——被检测速仪相对于检测装置的俯仰角；
[0062] f0——微波频率计测得的被检测速仪微波发射频率，MHz；
[0063] v——速度设定值，km/h。
[0064] 步骤5、调制被检测速仪微波信号与相应速度多普勒信号后将信号反馈至被检测速仪。
[0065] 调制后的普勒信号频率为f0±fd；其中f0为被检测速仪雷达微波发射频率。
[0066] 作为一种实施方式，采用多普勒信号目标模拟装置调制被检测速仪微波信号与相应速度多普勒信号后将信号反馈至被检测速仪。
[0067] 进一步的，所述多普勒信号目标模拟装置包括微带天线、选通调制器和信源适配器，所述微带天线连接选通调制器接，用以接收被检测速仪微波信号至选通调制器，信源适配器连接选通调制器，信源适配器叠加多普勒信号至选通调制器调制后，经微带天线发射调制微波信号至被检测速仪。
[0068] 步骤6、被检雷达测速仪接收到调制后的微波调制信号，检测出多普勒频率fd，并显示为相应的速度值。
[0069] 将被检雷达测速仪测得的速度、方位角、俯仰角、距离信息与模拟的实际速度、云台测得的角度、测距仪测得的距离进行对比，即可获得被检雷达测速仪的测试精度。以上标准信息可借助雷达测速仪配套的摄像机从检定装置的显示屏取得。
